論文の概要: A Multi-Messenger Search for Exotic Field Emission with a Global Magnetometer Network
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.13919v2
- Date: Tue, 20 May 2025 22:52:28 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-22 15:42:56.802798
- Title: A Multi-Messenger Search for Exotic Field Emission with a Global Magnetometer Network
- Title（参考訳）: 地球磁気センサネットワークを用いたエキゾチック電界放射のマルチメッセンジャー探索
- Authors: Sami S. Khamis, Ibrahim A. Sulai, Paul Hamilton, S. Afach, B. C. Buchler, D. Budker, N. L. Figueroa, R. Folman, D. Gavilán-Martín, M. Givon, Z. D. Grujić, H. Guo, M. P. Hedges, D. F. Jackson Kimball, D. Kim, E. Klinger, T. Kornack, A. Kryemadhi, N. Kukowski, G. Lukasiewicz, H. Masia-Roig, M. Padniuk, C. A. Palm, S. Y. Park, X. Peng, M. Pospelov, S. Pustelny, Y. Rosenzweig, O. M. Ruimi, P. C. Segura, T. Scholtes, Y. K. Semertzidis, Y. C. Shin, J. E. Stalnaker, D. Tandon, A. Weis, A. Wickenbrock, T. Wilson, T. Wu, J. Zhang, Y. Zhao,
- Abstract要約: 従来の天文学的な観測と組み合わせた量子センサネットワークは、マルチメーカ天文学の新たなモダリティとして現れつつある。
我々は,BSM(Before-the-Standard Model)物理の結果として,量子センサネットワークのアストロフィジカル信号に対する感度をモデル化するためのデータ駆動型アプローチを開発した。
この解析法を用いて、ブラックホール融合時に放出されるBSM場に対する精密量子センサの地上ネットワークを用いた最初の直接探索を行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.11277060638173796
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum sensor networks in combination with traditional astronomical observations are emerging as a novel modality for multi-messenger astronomy. Here we develop a generic analysis framework that uses a data-driven approach to model the sensitivity of a quantum sensor network to astrophysical signals as a consequence of beyond-the-Standard Model (BSM) physics. The analysis method evaluates correlations between sensors to search for BSM signals coincident with astrophysical triggers such as black hole mergers, supernovae, or fast radio bursts. Complementary to astroparticle approaches that search for particlelike signals (e.g. WIMPs), quantum sensors are sensitive to wavelike signals from exotic quantum fields. This analysis method can be applied to networks of different types of quantum sensors, such as atomic clocks, matter-wave interferometers, and nuclear clocks, which can probe many types of interactions between BSM fields and standard model particles. We use this analysis method to carry out the first direct search utilizing a terrestrial network of precision quantum sensors for BSM fields emitted during a black hole merger. Specifically we use the Global Network of Optical Magnetometers for Exotic physics (GNOME) to perform a search for exotic low-mass field (ELF) bursts generated in coincidence with a gravitational wave signal from a binary black hole merger (GW200311 115853) detected by LIGO/Virgo on the 11th of March 2020. The associated gravitational wave heralds the arrival of the ELF burst that interacts with the spins of fermions in the magnetometers. This enables GNOME to serve as a tool for multi-messenger astronomy. Our search found no significant events, and consequently we place the first lab-based limits on combinations of ELF production and coupling parameters.
- Abstract（参考訳）: 従来の天文学的な観測と組み合わせた量子センサネットワークは、マルチメーカ天文学の新たなモダリティとして現れつつある。
そこで本研究では,量子センサネットワークの感度をモデル化するためのデータ駆動型手法を用いて,BSM(Beyond-the-Standard Model)物理の結果としての天体物理信号を生成する汎用解析フレームワークを開発する。
この分析方法は、ブラックホールの融合、超新星、高速電波バーストなどの天体物理学的なトリガーと一致するBSM信号を探すためのセンサー間の相関性を評価する。
粒子のような信号(例えばWIMP)を探索するアストロ粒子のアプローチを補完する量子センサーは、異方性量子場からの波のような信号に敏感である。
この分析法は、原子時計、物質波干渉計、原子時計などの様々な種類の量子センサーのネットワークに適用することができ、BSMフィールドと標準モデル粒子間の多くの種類の相互作用を探索することができる。
この解析法を用いて、ブラックホール融合時に放出されるBSM場に対する精密量子センサの地上ネットワークを用いた最初の直接探索を行う。
具体的には、2020年3月11日にLIGO/Virgoによって検出された二元ブラックホール融合(GW200311115853)からの重力波信号と偶然に発生するエキゾチック低質量場(ELF)バーストの探索に、GNOME(Global Network of Optical magnetometers for Exotic Physics)を用いている。
関連する重力波は、磁気センサ内のフェルミオンのスピンと相互作用するELFバーストの到来を告げる。
これにより、GNOMEはマルチメーカ天文学の道具として機能する。
その結果,ALF生成と結合パラメータの組み合わせに,実験室による最初の制限を設けた。
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